CN103824642A

CN103824642A - 具有耐湿老化性的柔性电力电缆

Info

Publication number: CN103824642A
Application number: CN201410046295.6A
Authority: CN
Inventors: 贾廷波; 孙爱国; 何建好; 巩凡; 刘磊
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Rizhao Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Rizhao Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: CN103824642B

Abstract

本发明涉及一种改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，包括导体和绝缘层，并且所述绝缘层由聚乙烯电缆料组合物制备得到，所述聚乙烯电缆料组合物包含低密度聚乙烯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯。本发明通过聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯对低密度聚乙烯进行共聚并改性，从而使得所述绝缘层表现出优异的耐湿老化性，而且还同时具有改善的柔性，该电力电缆适用于中高压电力的传输。

Description

具有耐湿老化性的柔性电力电缆

技术领域

本发明涉及电力电缆的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有耐湿老化性的柔性电力电缆。

背景技术

交联聚乙烯电缆在我国已有二十多年的使用历史，交联聚乙烯电缆以其优异的电气性能和传达室输量大、耐热性好、易于弯曲、安装方便等优点，深受广大用户的欢迎，自从上世纪八十年代以来逐渐成为电力电缆的主流。用于6～36kV的中压电力电缆在电缆线芯中包括一根或多根导体，所述电缆线芯被多层聚合材料围绕，从芯部导体往外依次包括内部半导体层、绝缘层和外部半导体层。所述的内部半导体层、绝缘层和外部半导体层是交联的。在这些层之间还可以加入其它层，例如金属带或金属线屏蔽层，以及位于最外层的套层。交联的低密度聚乙烯是应用最广泛的电缆绝缘材料。例如电缆挤出，可以在挤出之前或挤出过程中，通过将如过氧化物的自由基形成剂加入到聚合材料而实现交联。

但是聚乙烯用作绝缘材料的缺点在于在水或潮湿环境下，由于强电场的作用下，它们趋于暴露而形成灌木状缺陷，这将导致电缆的击穿强度显著降低，从而容易引发电路故障。在电应变聚合材料中，由于水的存在，可以发生以老化为特征的过程。交联聚乙烯电缆老化的起点为气隙、杂质、凸起、毛刺等缺陷，这些缺陷在电场、热、机械力、潮湿环境等老化因素的作用下，就会以局部放电、水树枝之类的老化状态表现出来，最终生成水树枝而导致电缆绝缘击穿发生事故。

因为聚乙烯具有良好的介电性能，尤其是高击穿强度和低功率因数，所以其通常不需要填料而用作电绝缘材料。然而，在水的存在下，电应力下的聚乙烯均聚物易于“水树化”。US 4305849A以及US 4812505A公开了一种涉及将作为水树生长抑制剂的聚乙二醇加入到低密度聚乙烯中，以改善防水树性能。

此外，为了加工性和电缆的安装，用作绝缘材料的组合物还应当具有良好的柔性。尽管现有技术提供了组合物以及它们所具有的防水树性，但是需要能够组合防水树性和柔性的方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆。

一种改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，包括导体和绝缘层，并且所述绝缘层由聚乙烯电缆料组合物制备得到，其特征在于：所述聚乙烯电缆料组合物包含低密度聚乙烯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯。

其中，所述柔性电力电缆还包括位于导体和绝缘层之间的屏蔽层。

其中，所述聚乙烯电缆料组合物还包括抗氧剂和有机过氧化物交联剂。

其中，所述聚乙烯电缆料组合物含有80~90wt%的低密度聚乙烯、5~15wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3~5wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、0.2~2wt%的抗氧剂和1.0~3.0wt%的有机过氧化物交联剂。

作为优选地，所述聚乙烯电缆料组合物还含有2~8wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯。

作为优选地，所述聚乙烯电缆料组合物还含有1~5wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

其中，所述聚乙烯电缆料组合物由80~85wt%的低密度聚乙烯、5~10wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3~5wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、3~5wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯、1~3wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.2~2wt%的抗氧剂和1.0~3.0wt%的有机过氧化物交联剂组成。

其中，所述抗氧剂选自4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）、亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯、硫代二丙酸二硬脂醇酯或三（2，4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯中的一种或几种。

其中，所述有机过氧化物交联剂选自过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化物种的一种或两种。

本发明所述的具有耐湿老化性的柔性电力电缆与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明通过聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯对低密度聚乙烯进行共聚并改性，从而使得所述绝缘层表现出优异的耐湿老化性，而且还同时具有改善的柔性，该电力电缆适用于中高压电力的传输。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明所述的电力电缆做进一步的说明。

实施例 1

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由90wt%的低密度聚乙烯、5wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

实施例 2

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由80wt%的低密度聚乙烯、15wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

实施例 3

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由82wt%的低密度聚乙烯、10wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、5wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和2.0wt%的过氧化二异丙苯组成。

实施例 4

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由80wt%的低密度聚乙烯、10wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、5wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、2wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和2.0wt%的过氧化二异丙苯组成。

实施例 5

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由80wt%的低密度聚乙烯、7wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、8wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

实施例 6

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由85wt%的低密度聚乙烯、7wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、3wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯、1wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

实施例 7

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由82wt%的低密度聚乙烯、6wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、4wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、4wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯、2wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

实施例 8

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由80wt%的低密度聚乙烯、8wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、4wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、4wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯、2wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

对比例1

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由80wt%的低密度聚乙烯、18wt%的甲基丙烯酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

对比例2

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由80wt%的低密度聚乙烯、18wt%的羧酸乙烯酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

对比例3

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由80wt%的低密度聚乙烯、15wt%的甲基丙烯酸酯、3wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

对比例4

电力电缆的聚乙烯电缆料组合物由80wt%的低密度聚乙烯、15wt%的羧酸乙烯酯、3wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、0.5wt%的4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）和1.5wt%的过氧化二异丙苯组成。

将实施例1-8以及比较例1-4所述的聚乙烯电缆料组合物加入高速混料机中，在室温下低速搅拌2~10min混和均匀，然后放入单螺杆往复机中进行混合，再经单螺杆挤出造粒，螺杆各段温度为：加料段95℃，输送段110℃，熔融段115℃。

性能测试

用实施例以及比较例制备得到的电力电缆料样品制成如下供测试用模型电缆：模型电缆由导体、内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层组成，其结构依次为：铜导体、0.7mm的内屏蔽层、1.5mm的绝缘层、0.15mm的外屏蔽层组成（各实施例和比较例制得的样品仅绝缘层组成铜，其它条件均相同）；模型电缆挤出后经高温硫化交联，在80℃的烘箱内预处理72小时。除去模型电缆中的原铜导体，利用更细的铜线代替，在电介质应力下，环境水的温度为70℃，并且导体区域中的水的温度为85℃下，将所述电缆加入到水浴中老化1000小时。电缆制备和老化描述如下：电缆预处理：80℃、72 h，施加电压：9kV/Hz，电应力（max）： 9kV/mm，电应力（mean）kV/mm，导体温度：85℃，水浴温度：70℃，老化时间：1000 h，如果无另外说明，导体内外均为去离子水。从各电缆上取5个样品进行老化测试，样品的长度为0.5m。所述样品经过交流电击穿测试（电压斜线上升：100KV/min），在老化前后测定初始击穿强度（内屏蔽层的场应力）的威布尔63.2%值（E₀和E₁₀₀₀）。柔性测试方法采用ISO178-2001塑料弯曲性能测定规定的标准测量并计算其拉伸模量（E-模量）测试结果分别如表1所示。

表1 性能测试结果

由表1可知，本发明所述的电力电缆通过聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯对低密度聚乙烯进行共聚并改性能够显著提高耐湿老化性（即抗水树性），进一步地通过添加邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯虽然进一步提高了柔性，但抗水树性能有少许降低，但是通过邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯复配使用，不仅进一步提高了抗水树性，还进一步提高了材料的柔性，取得了预料不到的复配效果。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，包括导体和绝缘层，并且所述绝缘层由聚乙烯电缆料组合物制备得到，其特征在于：所述聚乙烯电缆料组合物包含低密度聚乙烯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯。

2.根据权利要求1所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述柔性电力电缆还包括位于导体和绝缘层之间的屏蔽层。

3.根据权利要求1或2所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述聚乙烯电缆料组合物还包括抗氧剂和有机过氧化物交联剂。

4.根据权利要求3所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述聚乙烯电缆料组合物由80~90wt%的低密度聚乙烯、5~15wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3~5wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、0.2~2wt%的抗氧剂和1.0~3.0wt%的有机过氧化物交联剂组成。

5.根据权利要求3所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述聚乙烯电缆料组合物含有80~90wt%的低密度聚乙烯、5~15wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3~5wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、0.2~2wt%的抗氧剂和1.0~3.0wt%的有机过氧化物交联剂。

6.根据权利要求5所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述聚乙烯电缆料组合物还含有2~8wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯。

7.根据权利要求6所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述聚乙烯电缆料组合物还含有1~5wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

8.根据权利要求1所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述聚乙烯电缆料组合物由80~85wt%的低密度聚乙烯、5~10wt%的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3~5wt%的二苯基甲烷二异氰酸酯、3~5wt%的邻苯基苯乙氧基丙烯酸酯、1~3wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.2~2wt%的抗氧剂和1.0~3.0wt%的有机过氧化物交联剂组成。

9.根据权利要求4~8任一项所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述抗氧剂选自4，4^，-硫代双-（6-叔丁基-3-甲基苯酚）、亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯、硫代二丙酸二硬脂醇酯或三（2，4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯中的一种或几种。

10.根据权利要求9所述的改进的具有耐湿老化性的柔性电力电缆，其特征在于：所述有机过氧化物交联剂选自过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化物种的一种或两种。